遙感圖像處理系統(tǒng)ENVI功能簡(jiǎn)介

遙感圖像處理系統(tǒng)ENVI功能簡(jiǎn)介遙感圖像處理系統(tǒng)ENVIENVI(TheEnviromentforVisualizingImages)是美國(guó)著名的遙感科學(xué)家用交互式數(shù)據(jù)語(yǔ)言IDL(InteractiveDataLanguage)開發(fā)的一套功能強(qiáng)大的遙感圖像處理軟件，能夠有效地從遙感影像中提取各種目標(biāo)信息，可用于地物監(jiān)測(cè)和目標(biāo)識(shí)別；IDL也使得ENVI具有其它同類軟件無(wú)可比擬的可擴(kuò)展性，全模塊化的設(shè)計(jì)使得軟件易于使用，操作方便靈活，界面友好，廣泛地應(yīng)用于地質(zhì)、環(huán)境、林業(yè)、農(nóng)業(yè)、軍事、自然資源勘探、海洋資源管理等多個(gè)領(lǐng)域，并在2000、2001、2002年連續(xù)三年獲得美國(guó)權(quán)威機(jī)構(gòu)NIMA遙感軟件測(cè)評(píng)第一。1、ENVI功能體系ENVI包含齊全的遙感影像處理功能，包括數(shù)據(jù)輸入／輸出、常規(guī)處理、幾何校正、大氣校正及定標(biāo)、全色數(shù)據(jù)分析、多光譜分析、高光譜分析、雷達(dá)分析、地形地貌分析、矢量分析、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分析、區(qū)域分析、GPS聯(lián)接、正射影像圖生成、三維景觀生成、制圖等；這些功能連同豐富的可供二次開發(fā)調(diào)用的函數(shù)庫(kù)，組成了非常全面的圖像處理系統(tǒng)。1.1數(shù)據(jù)輸入/輸出1972年美國(guó)發(fā)射了第一顆地球資源技術(shù)衛(wèi)星ERTS-1。從那時(shí)起，一些國(guó)家和國(guó)際組織相繼發(fā)射各種資源衛(wèi)星、氣象衛(wèi)星、海洋衛(wèi)星以及監(jiān)測(cè)環(huán)境災(zāi)害的衛(wèi)星，包括我國(guó)發(fā)射的風(fēng)云系列衛(wèi)星和中巴地球資源一號(hào)衛(wèi)星(CBERS-1)，構(gòu)成了對(duì)地觀測(cè)網(wǎng)，多平臺(tái)、多層面、多種傳感器、多時(shí)相、多光譜、多角度和多種空間分辨率的遙感影像數(shù)據(jù)，以驚人的數(shù)量快速涌來(lái)。把同一地區(qū)各類影像的有用信息聚合在一起，將有利于增強(qiáng)多種數(shù)據(jù)分析和環(huán)境動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)能力，改善遙感信息提取的及時(shí)性和可靠性，有效地提高數(shù)據(jù)的使用率,為大規(guī)模的遙感應(yīng)用研究提供一個(gè)良好的基礎(chǔ)，使花費(fèi)大量經(jīng)費(fèi)獲得的遙感數(shù)據(jù)得到充分利用。(1)ENVI能夠輸入的數(shù)據(jù)ENVI能處理多種衛(wèi)星獲取的不同傳感器、不同波段和不同空間分辨率的數(shù)據(jù)，包括美國(guó)Landsat系列衛(wèi)星、小衛(wèi)星IKONOS和環(huán)境遙感衛(wèi)星TERRA，法國(guó)SPOT衛(wèi)星，我國(guó)的風(fēng)云系列衛(wèi)星和CBERS-1獲取的數(shù)據(jù)，ENVI還準(zhǔn)備處理未來(lái)更多傳感器收集到的數(shù)據(jù)。ENVI還能處理光學(xué)傳感器和雷達(dá)傳感器數(shù)據(jù)，即：海洋衛(wèi)星數(shù)據(jù)SeaWIFS(Level1BHDF)；軍事衛(wèi)星數(shù)據(jù)Military(ADRG,CADRG,CIB,NITF)；熱紅外數(shù)據(jù)Thermal(TIMS,MASTER)；雷達(dá)數(shù)據(jù)IRS(Fast)、CEOS(ERS-1,ERS-2,JERS-1)、Radar(RADARSAT,ERS,JERS,JPLTOPSAR&POLSAR,SIR-C，AIRSAR(JPL)SIR-C/X-SAR；高程數(shù)據(jù)DTED,USGSDEM,USGSSDTSDEM，DRG,DOQ,DEM,SDTSDEM；高光譜數(shù)據(jù)AVIRIS，CASI、ATSR、CADRG、CIB等。ENVI也可以處理通用格式的圖像數(shù)據(jù)，如格式為TIFF、GEOTIFF、JPEG、BMP、SRF、XWD、MrSid(影像壓縮格式)的數(shù)據(jù)；處理地理信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，包括ARC/Info的.e00、ArcViewShape的.shp、ADRG、AutoCAD的.DXF、MapInfo的.mif、Microstation的.DGN等多種格式的數(shù)據(jù)。ENVI與其它常用遙感圖像處理軟件是兼容的，能處理它們產(chǎn)生的影像數(shù)據(jù)，例如PCI的.pix格式的數(shù)據(jù)、ERDASIMAGINE8.X的數(shù)據(jù)、ERMapper、ARC/InfoImages的.bil格式的數(shù)據(jù)。ENVI能自動(dòng)導(dǎo)入/導(dǎo)出遙感影像的投影信息，大大地簡(jiǎn)化了用戶在不同軟件系統(tǒng)之間轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)的繁瑣過(guò)程。除了以上各種固定的數(shù)據(jù)格式外，ENVI還支持廣泛的科學(xué)數(shù)據(jù)格式，讀取ASCII數(shù)據(jù)、二進(jìn)制數(shù)據(jù)、底層開發(fā)平臺(tái)IDL的變量，甚至用戶自定義格式的數(shù)據(jù)，ENVI同時(shí)提供對(duì)遙感數(shù)據(jù)特有的頭文件信息進(jìn)行編輯的功能。(2)ENVI輸出的數(shù)據(jù)格式ENVI可以用下列格式輸出處理結(jié)果：ENVI的影像格式(.img)；通用影像格式(.TIFF)；如有地理坐標(biāo)信息，則可另輸出成GeoTIFF文件或.tfwTIFF文件GIF、JPEG、ASCII等；其它遙感影像格式，如ERDAS、ERMAPPER、PCI、ARC/INFOImages使用的數(shù)據(jù)格式；PostScript格式；通用影像傳輸格式，NITF(NationalImageryTransmissionFormat)02.00(MIL-STD-2500A)或02.10(MIL-STD-2500B)。1.2圖像預(yù)處理和交互式分析ENVI可對(duì)圖像進(jìn)行多種形式的處理，例如圖像裁切(包括空間及波譜重采樣)、圖像旋轉(zhuǎn)及鏡象處理、圖像格式轉(zhuǎn)換及數(shù)據(jù)查詢、磁帶數(shù)據(jù)的讀取及查詢、壞行替換、去條帶等。ENVI可以對(duì)TM、ETM、NOAA-AVHRR、MODIS等特定數(shù)據(jù)進(jìn)行定標(biāo)處理，例如顯示AVHRR的頭信息，對(duì)AVHRR進(jìn)行大氣精校正、地形建模、海平面溫度計(jì)算等；對(duì)Landsat7數(shù)據(jù)的HDF和FAST格式進(jìn)行定標(biāo)時(shí)，能自動(dòng)從頭文件中獲取成像時(shí)間、太陽(yáng)高度角等信息，可以進(jìn)行內(nèi)部平均相對(duì)反射率定標(biāo)、平面場(chǎng)定標(biāo)、地面定標(biāo)、傳感器通道電平及增益校正、原始TIMS數(shù)據(jù)的輻射率校正，可以計(jì)算熱紅外IR數(shù)據(jù)(MWIR和LWIR)，修整DEM文件壞值，可以使用用戶提供的值、值的范圍或掩膜修正壞值。在ENVI下用戶能十分方便地進(jìn)行交互分析。ENVI能快速打開圖像，用多個(gè)窗口以不同比例尺顯示圖像，瀏覽多種窗口圖像更為方便。ENVI在波段列表窗口中增加了鼠標(biāo)右鍵控制，觸發(fā)右鍵菜單可以更加便捷地控制波段組合、顯示或刪除；在Zoom窗口中增加了右鍵觸發(fā)菜單，用戶可以更加方便地完成Zoom窗口的設(shè)置(重采樣方法、放大/縮小、觸發(fā)滾動(dòng)條等)。ENVI有很強(qiáng)的圖像鏈接功能，凡是具有地理編碼的圖像均可以互相鏈接，不必考慮它們各自的投影方式、象素尺度及旋轉(zhuǎn)角度的差異。在圖像尺寸、像素尺度和投影類型各不相同的眾多圖像中，ENVI可以快速查出具有重疊范圍的圖像，并將它們放入一個(gè)圖層集內(nèi)加以管理。ENVI可以對(duì)任意光譜、任意興趣區(qū)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。ENVI的感興趣區(qū)(ROI)工具為用戶分析特定區(qū)域的影像和處理分類結(jié)果提供了方便靈活的功能控制。利用ROI工具，用戶可用多邊形、矢量、象素點(diǎn)、GPS等多種要素交互定義感興趣區(qū)，可把多個(gè)感興趣區(qū)合并成一個(gè)感興趣區(qū)，可以計(jì)算多個(gè)感興趣區(qū)的交集，并用計(jì)算結(jié)果定義新的感興趣區(qū)或進(jìn)行掩膜?？梢詫⒄麄€(gè)感興趣區(qū)轉(zhuǎn)換成點(diǎn)，可通過(guò)地理坐標(biāo)將一幅圖像里的感興趣區(qū)轉(zhuǎn)換到另一幅圖像，可通過(guò)輸入帶有象元位置或地理坐標(biāo)的ASCII文件來(lái)定義感興趣區(qū)，可使圖像中的感興趣區(qū)和用地理坐標(biāo)定義的感興趣區(qū)協(xié)調(diào)一致，可用二維散點(diǎn)圖曲線或三維散度分析器來(lái)定義感興趣區(qū)，把ASCII文件轉(zhuǎn)變成多邊形感興趣區(qū),可用ASCII文件輸出感興趣區(qū)。ENVI的基本工具使用戶在影像處理過(guò)程中能方便地選擇各種途徑，例如，打開文件對(duì)話框后用戶可以許多輸入文件，可以選擇無(wú)損壓縮方式存儲(chǔ)文件以節(jié)省空間，可以拖動(dòng)窗口的滾動(dòng)條來(lái)快速查看圖像。對(duì)圖像所作的任何拉伸都重新顯示圖像，通過(guò)鼠標(biāo)和窗口鏈接用戶可以方便地比較圖像，讀取坐標(biāo)，讀取及定位亞象元坐標(biāo),生成二維散度和三維透視圖，分析極化數(shù)據(jù),修改像元灰度；用戶可以對(duì)圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行各坐標(biāo)軸向統(tǒng)計(jì)并形成檔案(剖面處理、波譜提取)、圖像自動(dòng)拉伸及交互拉伸。ENVI的重疊工具能疊合多元數(shù)據(jù)，包括注記、圖像等值分析、矢量疊加、網(wǎng)格生成，ENVI的動(dòng)畫工具可編輯二維及三維動(dòng)畫。ENVI的測(cè)量工具可以測(cè)量圖像的距離、面積等，其統(tǒng)計(jì)工具可對(duì)任意統(tǒng)計(jì)區(qū)域、任意光譜、任意興趣區(qū)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。ENVI的交互分類工具可把分類結(jié)果疊合到灰度圖像或彩色圖像上，可打開或關(guān)閉個(gè)別類，可編輯和合并類名及色彩，可以交互編輯分類圖像，添加或移去一組象元，或?qū)⒁唤M象元從一類移到另一類。象素點(diǎn)采集工具可方便地將采集的象素點(diǎn)用于影像校正，或輸出為ASCII及ENVI的矢量文件。1.3影像幾何校正、鑲嵌及融合分析處理后常常把獲得的遙感信息編制成圖件，因而涉及地圖投影問題。ENVI擁有一個(gè)投影集，包括38種投影類型，例如亞爾勃斯等積(AlbersEqualArea)投影、等積方位(AzimuthialEqualArea)投影、蘭勃特等角圓錐(LambertConformalConic)投影、斜軸墨卡托(ObliqueMercator(A&B))投影、立體測(cè)圖(Stereographic)、橫軸墨卡特(TransverseMercator)投影、任意(Arbitrary(x,y))投影、地理經(jīng)緯度(Geographic(lat/long))投影、高斯-克呂格(GaussKruger)投影、北美大陸基準(zhǔn)平面(StatePlaneNAD27&NAD83)投影、統(tǒng)一橫軸墨卡特(UTM)投影等。用戶可以任意定制投影方式，并將自定義的投影方式增加到ENVI的投影集中。ENVI支持圖像到圖像、圖像到地圖(或矢量圖)的幾何校正，在幾何校正過(guò)程中用戶可交互選擇地面控制點(diǎn)(GCP)，用戶輸入GCP的坐標(biāo)后ENVI能預(yù)測(cè)GCP的位置。ENVI可對(duì)航空數(shù)據(jù)、SPOT(1A或1B)數(shù)據(jù)進(jìn)行正射校正，可以用AVHRR、SeaWIFS、MODIS傳感器自帶的經(jīng)緯度信息對(duì)影像進(jìn)行糾正。ENVI可設(shè)置新的緩存系統(tǒng)，提高大數(shù)據(jù)量的航空數(shù)據(jù)正射校正的速度，也提高了進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)校正的速度；對(duì)大圖像進(jìn)行多項(xiàng)式校正，當(dāng)用三角網(wǎng)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，校正對(duì)話框?qū)⒂幸粋€(gè)“零邊界”選項(xiàng)，沿圖像產(chǎn)生一個(gè)一象元的邊界背景，避免模糊效應(yīng)。在影像鑲嵌方面，ENVI能進(jìn)行基于像元的鑲嵌和基于地理位置的鑲嵌。ENVI自動(dòng)地按照影像的地理位置信息將影像鑲嵌在一起，允許用戶設(shè)置是否羽化、羽化邊緣擬羽化的象素個(gè)數(shù)，設(shè)置鑲嵌線，按照用戶自定義的鑲嵌線進(jìn)行鑲嵌等。ENVI還提供多種影像增強(qiáng)和直方圖匹配工具，可以最大限度地消除鑲嵌影像間的色調(diào)差異，實(shí)現(xiàn)無(wú)縫鑲嵌。圖像27.1是新疆北部8景CBERS-1影像的鑲嵌結(jié)果，圖像27.2是CBERS-1數(shù)據(jù)與空間分辨率為6.6m的Kmopsat-1衛(wèi)星數(shù)據(jù)的融合結(jié)果。1.4影像空間分析和濾波ENVI的影像空間分析功能包括波段比值、主成份分析及MNF分析、RGB到HSV、HLS和MunsellHSV彩色空間變換及其反變換、IHS增強(qiáng)及飽和度拉伸、去相關(guān)拉伸、NDVI植被指數(shù)及纓帽變換。圖像濾波功能包括：(1)卷積濾波(圖像平滑和邊緣提取)。包括高通、低通、Laplacin、方向、高斯、中值、Sobel、Roberts及用戶自定義濾波核等；(2)形態(tài)學(xué)濾波。包括形態(tài)擴(kuò)張、骨骼化、開區(qū)處理和閉區(qū)處理等；(3)紋理分析(雷達(dá)數(shù)據(jù)的灰階分類)。包括一階及二階灰度統(tǒng)計(jì)紋理分析；(4)適應(yīng)濾波(雷達(dá)數(shù)據(jù)的噪聲去除)。包括Lee,Frost,Gamma,Kuan,LocalSigma及BitErrors；(5)交互式傅立葉變換。包括傅立葉變換和反傅立葉變換,交互式頻率域掩模生成工具。1.5圖像分類及高光譜分析ENVI擁有最先進(jìn)的高光譜和多光譜分析工具，用戶可以識(shí)別出圖像中純度最高的象元，通過(guò)與已知波譜庫(kù)的比較確定未知波譜的組分。用戶不但可以使用ENVI自帶的波譜庫(kù)，也可以自定義波譜庫(kù)，甚至可以組合使用線性波譜分離和匹配濾波技術(shù)進(jìn)行亞象元分解，以消除匹配誤差，獲得更精確的結(jié)果。ENVI提供的影像分類算法包括非監(jiān)督分類和監(jiān)督分類。非監(jiān)督分類有K-means和Isodata兩種算法；監(jiān)督分類有Pwoallelepiped、最小距離、Mahalanobis距離、最大似然、波譜角、二進(jìn)制編碼、AIRSAR散射機(jī)理、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等多種分類算法。在處理于分類結(jié)果方面，ENVI具有強(qiáng)大的分類后處理功能，包括類別合并、類別統(tǒng)計(jì)、集群分析、分類疊合、混淆矩陣、類彩色制圖；混淆矩陣可以匯報(bào)誤差，向用戶提供類別合并所需要的信息。ENVI可以把分類結(jié)果轉(zhuǎn)換成矢量層，進(jìn)而編制分類圖像；ENVI增加ROC曲線，可與檢測(cè)段錯(cuò)誤報(bào)警率比較，分析分類結(jié)果的準(zhǔn)確度。一般的監(jiān)督分類算法只能對(duì)所有類別設(shè)置一個(gè)分類閾值，作為“拒絕”的門檻值，ENVI的監(jiān)督分類具有更強(qiáng)的靈活性，允許用戶對(duì)每一類設(shè)置閾值，因而能獲得更好的分類結(jié)果；在分類的后處理中，ENVI允許用戶隨機(jī)改變每類的閾值、類名、顏色，并可快速交互式查詢分類結(jié)果。ENVI提供大量的波譜分析工具，包括波譜庫(kù)管理及編輯、波譜分割、波譜運(yùn)算等。ENVI擁有美國(guó)地質(zhì)調(diào)查局(USGS)和噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室(JPL)標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)成份波譜庫(kù)，以及JohnHopking大學(xué)的2～25m熱紅外和植被波譜庫(kù)，用戶也可以建立自己的波譜庫(kù)；對(duì)各波譜庫(kù)，用戶均可查看、編輯和分析。對(duì)于所處理的遙感圖像，用戶可進(jìn)行水平、垂直及任意方向的波譜分割分析，可進(jìn)行各種復(fù)雜波譜曲線運(yùn)算，顯示、對(duì)比、編輯、輸出圖像中任意象元的波譜曲線或灰度曲線。波譜分析工具幫助用戶進(jìn)行波譜特征分析，根據(jù)波譜特征識(shí)別物質(zhì)成分。ENVI的波譜分析工具包括：(1)波譜歸一化處理。這是多光譜和高光譜分析向?qū)Чぞ?，它引?dǎo)用戶于進(jìn)行定標(biāo)、噪聲分析、像元純度分析、N維散度分析和提取終端單元，幫助用戶進(jìn)一步識(shí)別地物，提取特定目標(biāo)的信息；(2)象元純凈指數(shù)(PPI)工具，用來(lái)提取出圖像中的所有純凈象元；(3)N維散度可視分析工具。允許散點(diǎn)在N維空間適時(shí)旋轉(zhuǎn)，散點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)使得用戶能同時(shí)使用圖像的所有波段做波譜分析，科學(xué)家和技術(shù)人員的視覺技術(shù)和散點(diǎn)的幾何形狀被同時(shí)使用來(lái)定位圖像的波譜終端單元，這些波譜終端單元可以用于波譜角分類、混合象元分解、匹配濾波和光譜特征擬合等；(4)分類和亞象元分類；(5)最小二乘方擬合(LS-Fit)；(6)線性波譜分離；(7)匹配濾波和混合匹配濾波；(8)波譜特征擬合。1.6矢量套合和分析在ENVI中，用戶可以直觀地控制矢量層，編輯矢量層，編輯和轉(zhuǎn)換矢量投影，把分類圖及其它光柵數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)成矢量數(shù)據(jù)，進(jìn)行矢量屬性查詢及屬性編輯、矢量圖中光標(biāo)位置查詢、緩沖區(qū)分析。ENVI允許用戶將覆蓋在窗口上的等高線以格式為.EVF的矢量文件輸出，可將格式為.EVF的文件轉(zhuǎn)為ArcViewShape文件，這樣ENVI產(chǎn)生的等高線也能被其他GIS軟件使用。當(dāng)用ENVI自帶的高分辨率世界地圖數(shù)據(jù)來(lái)構(gòu)建矢量層時(shí)，可以按指定經(jīng)緯度范圍來(lái)提取特定區(qū)域的高分辨率矢量信息。ENVI的視窗增加了GPS-Link窗口，當(dāng)接收到一個(gè)新點(diǎn)時(shí)，顯示窗口會(huì)及時(shí)更新當(dāng)前象元。也可以將收集到的點(diǎn)輸出到校正窗口，成為.evf文件或ASCII文件。用戶可對(duì)每點(diǎn)添加注釋并將它與列表中的其他點(diǎn)建立關(guān)聯(lián)。1.7高程分析和三維可視化ENVI提供地形分析工具可根據(jù)數(shù)字高程模型(DEM)分析坡度、坡向等，可提取山頂、山脊、山谷等地貌特征，可模擬太陽(yáng)高度角創(chuàng)建山坡陰影圖像。如果所顯示的圖像和DEM都經(jīng)過(guò)地理編碼，ENVI能自動(dòng)地把顯示的圖像與DEM疊加起來(lái)，形成三維景觀圖，也可以在三維曲面飛行中疊加矢量信息。利用DEM建立三維立體圖后，用戶可查詢圖像的X軸和Y軸的象元大小、將影像疊在DEM上，使用鼠標(biāo)作為操縱桿來(lái)改變視角和位置，并使圖像做“貫穿飛行”、可站在任意角度交互地觀看圖像全景、可以指定三維地形的背景顏色。三維飛行動(dòng)畫序列可輸出成VRML2.0文件，或輸出為MPEG文件，并可以設(shè)定MPEG的幀速、MPEG的壓縮質(zhì)量及復(fù)制速率。1.8制圖工具ENVI的QuickMap制圖工具可以快速整飾圖幅，添加磁偏角簡(jiǎn)圖(真實(shí)、網(wǎng)狀、磁北極)、圖像插圖(灰度圖、彩圖)、圖像比例尺(米、英尺、公里)、TrueType字體、用戶自定義箭頭、網(wǎng)格線(象元、經(jīng)緯度、UTM網(wǎng)格)，支持旋轉(zhuǎn)的網(wǎng)格線、分類圖(任意圖像屬性)等。整飾后的圖件可用上百種打印機(jī)、繪圖儀輸出。1.9功能定制ENVI提供在線幫助、界面控制、系統(tǒng)內(nèi)存管理、彩色系統(tǒng)管理、IDL接口等系統(tǒng)選項(xiàng)。為了使用戶能處理大于本機(jī)內(nèi)存的圖像，ENVI允許用戶根據(jù)本機(jī)內(nèi)存設(shè)置緩存(cache)大小和圖塊（imagetile）大小，一般緩存大小可設(shè)置為內(nèi)存大小的50-75%，圖塊大小設(shè)置為1MB或更小，但不能超過(guò)4MB。ENVI支持磁帶讀取工具：讀磁帶到文件、寫文件到磁帶、磁帶掃描、直接讀取EROSNLAPS、直接讀取通用BSQ,BIL,BIP、直接讀取LandsatMSS&TM、直接讀取SPOT,AVIRIS,RADARSAT；對(duì)所有功能提供了超鏈接幫助，并提供了超鏈接PDF格式的在線手冊(cè)。附兩張培訓(xùn)光盤,包含培訓(xùn)手冊(cè)及大量練習(xí)數(shù)據(jù)。1.10雷達(dá)數(shù)據(jù)分析用ENVI的雷達(dá)分析工具可以快速處理雷達(dá)SAR數(shù)據(jù)，提取CEOS信息并瀏覽RADARSAT和ERS-1數(shù)據(jù)。用天線陣列校正、斜距校正、自適應(yīng)濾波等功能提高數(shù)據(jù)的利用率。紋理分析功能還可以分段分析SAR數(shù)據(jù)。ENVI還可以處理極化雷達(dá)數(shù)據(jù)，用戶可以從SIR-C和AIRSAR壓縮數(shù)據(jù)中選擇極化和工作頻率，用戶還可以瀏覽和比較感興趣區(qū)的極化信號(hào)，并創(chuàng)建幅度圖像和相位圖像。對(duì)于單波段雷達(dá)數(shù)據(jù)，ENVI可做自適應(yīng)濾波，算法包括Lee、Frost、Gamma、Kuan、LocalSigma及BitErrors；可進(jìn)行紋理濾波、斜距校正和天線陣列修正，最后產(chǎn)生彩色合成圖像。對(duì)于極化雷達(dá)數(shù)據(jù)，ENVI提供解壓縮―合成圖像(從數(shù)據(jù)矩陣)，可進(jìn)行幅度圖分析及相位圖分析、交互式極化信息分析及提取。ENVI的TopSAR工具可讀取并處理JPLTopSAR數(shù)據(jù)，提取TopSAR的真實(shí)高程信息，進(jìn)行Sir-C的多譜勒分析和AIRSAR散射機(jī)理分類。用戶定義的函數(shù)還能將雷達(dá)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成浮點(diǎn)或雙精度格式圖像，形成實(shí)部、虛部、能量、幅度和相位圖像。2、系統(tǒng)特色(1)強(qiáng)大的數(shù)據(jù)I/O接口ENVI支持的數(shù)據(jù)格式多樣，不但支持通用的影像格式，還支持大量的商用遙感軟件的數(shù)據(jù)格式，如ERDAS的.img格式、ERMAPER、PCI等。ENVI不限制要處理的圖像的波段數(shù)，可以處理最先進(jìn)的衛(wèi)星格式，如Landsat7,SPOT,RADARSAT,IKONOS、QuickBird、NASA,NOAA,EROS和TERRA(MODIS、ASTER),并準(zhǔn)備接受未來(lái)所有傳感器的信息。(2)支持眾多的操作平臺(tái)ENVI支持各種通用的操作系統(tǒng)(WindowsNT/2000/XP，Unix，Linux，Macintosh，openVMS等)，支持多處理器處理，可大大提高影像處理速度。ENVI支持多處理器系統(tǒng)，在多CPU系統(tǒng)上ENVI的性能有很大提高。ENVI3.5支持的硬件平臺(tái)和操作系統(tǒng)如下:硬件平臺(tái)操作系統(tǒng)Microsoft(Intelx86)Windows98,NT4.0,2000MacintoshApple(PowerMAC)MacOS8.6,9.xCompaq(Alpha)Tru64UNIX5.1Compaq(Alpha)Linux(RedHat6.2)HP(PA-RISC)HP-UX11.0IBM(RS/6000)AIX4.3Linux(Intelx86)RedHat6.0,7.1SGI(Mips)IRIX6.5.1Sun(SPARC)Solaris8Sun(SPARC-64-bitUltra)Solaris8Sun(Intelx86)Solaris8(3)良好的圖形用戶界面ENVI的圖形用戶界面直觀方便，操作便捷。用戶還可以借助ENVI的底層開發(fā)語(yǔ)言IDL定制GUI，以滿足自己特定的圖像處理需求。(4)高光譜和多光譜數(shù)據(jù)的處理與分析ENVI中用于多光譜和高光譜分析的特有算法有MNF變換算法、象元純凈指數(shù)(PPI)、N維散度可視分析工具、二進(jìn)制編碼分類、波譜角分類、最小二乘擬合(LS-Fit)、線性波譜分離、匹配濾波、混合匹配濾波、波譜特征擬合，可以解決如下具體問題：①樣本選取問題。樣本選取的精度與準(zhǔn)確性直接影響計(jì)算機(jī)分類的精度與準(zhǔn)確性，因此，選擇正確的樣本并充分利用遙感數(shù)據(jù)的豐富信息，是取得好的分類結(jié)果的關(guān)鍵。②混合象元問題。由于遙感數(shù)據(jù)的空間分辨力有限(例如TM為30m×30m)，因此每一個(gè)象元都是所有地物的綜合反映，面積較小的耕地地塊，經(jīng)常被其它地類所包圍，產(chǎn)生混合象元，人們很難準(zhǔn)確地識(shí)別其中的地物；基于混合像元的分類或識(shí)別結(jié)果所做的統(tǒng)計(jì)，自然也是不準(zhǔn)確的，因此必須解決混合象元問題。③分類精度問題。由于傳統(tǒng)的統(tǒng)計(jì)分類方法的統(tǒng)計(jì)特性造成了分類中的混分和漏分，從而大大影響了分類精度。ENVI的特征分析法能提高分類精度。ENVI擁有高光譜和多光譜分析工具，幫助用戶識(shí)別地物和分類，分類流程如下(參見圖27.2)：①遙感數(shù)據(jù)定標(biāo)。遙感數(shù)據(jù)實(shí)際上是地物反射陽(yáng)光的強(qiáng)弱程度即灰度，為了保證灰度與地物關(guān)系的一致性，首先應(yīng)對(duì)遙感數(shù)據(jù)進(jìn)行反射率定標(biāo)，將影像的灰度值轉(zhuǎn)化為反射率或輻射率圖像。②采用MNF方法實(shí)現(xiàn)信息重組。高光譜遙感圖像中的信息存在很大的相關(guān)性，幾十個(gè)甚至上百個(gè)波段的高光譜圖像信息可以集中成幾個(gè)主要成分，主要成分反映90％以上的圖像信息。MNF分析是在主成分分析基礎(chǔ)上經(jīng)過(guò)改進(jìn)，由美國(guó)著名科學(xué)家Boardman和Kruse于1994年發(fā)明的一種圖位空間變換方法，它首先以噪聲成分的協(xié)方差矩陣為基礎(chǔ)，對(duì)圖像數(shù)據(jù)作去相關(guān)和重定標(biāo)處理，使噪聲成分具有單一方差，且沒有相關(guān)性，然后對(duì)處理后的新數(shù)據(jù)作一次標(biāo)準(zhǔn)的主成分分析，最后通過(guò)對(duì)比特征值與相應(yīng)的結(jié)果圖像，把結(jié)果圖像分成大特征值和主要成分圖像、小特征值和噪聲成分為主的圖像兩部分。例如，將TM圖像進(jìn)行最小噪聲成分轉(zhuǎn)換處理后，前三個(gè)主成分包含了95％以上的數(shù)據(jù)信息，后面的波段幾乎包含了所有的噪聲，從圖像中分離出去。③利用PPI進(jìn)行樣本提純。依據(jù)了解的情況和實(shí)地調(diào)查選取樣本。利用純凈象元指數(shù)法(PPI：PixelPurityIndex)找出圖像中最純凈的象元作為圖像波譜終端單元，選擇MNF結(jié)果的前三個(gè)主成分作為分析數(shù)據(jù)，結(jié)果圖像中最亮的象元是最純凈的象元，可把它們定義為感興趣區(qū)(ROI)。④利用N維散度法進(jìn)行樣本重組。為了提高樣本的精度，ENVI又采用N維散度法來(lái)進(jìn)一步提純樣本。N維散度法利用了最新的可視化技術(shù)使用戶可以在真實(shí)N維樣本空間中進(jìn)行樣本分離，大大提高樣本的精度，減少由于肉眼識(shí)別造成的誤差。我們對(duì)選出的感興趣區(qū)進(jìn)行N維散度分析，允許散點(diǎn)在N維空間適時(shí)旋轉(zhuǎn)，散點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)使用戶能同時(shí)對(duì)圖像的所有波段做波譜分析，技術(shù)人員的準(zhǔn)備分類分析圖27.2ENVI分類流程視覺技術(shù)和散點(diǎn)的幾何形狀被同時(shí)使用來(lái)定位圖像的波譜終端單元，這些波譜終端單元可以用于波譜角分類、混合像元分解、匹配濾波和光譜特征擬合等。⑤關(guān)于分類精度方案。由于傳統(tǒng)統(tǒng)計(jì)分離法沒用考慮地物波譜特征和混合象元問題，往往造成分類中的混分和漏分，也無(wú)法反映地物分類的真實(shí)性。為了解決這個(gè)問題，ENVI采用波譜角分析法和特征分析法，同時(shí)采用規(guī)則分類法進(jìn)行類別重組。波譜角分類(SAM)是在N維空間中，把未知譜線與樣本波譜進(jìn)行比較，從而進(jìn)行歸類。由于比較數(shù)據(jù)是經(jīng)過(guò)反射定標(biāo)的，因此在分類中主要對(duì)角度差別進(jìn)行識(shí)別，忽略了長(zhǎng)度差別，圖27.3描述波譜角概念。因此，SAM的識(shí)別能力強(qiáng)，分類結(jié)果中的碎塊少。由于遙感數(shù)據(jù)的混合象元效應(yīng)和各種干擾，造成不同物質(zhì)譜線相似、相同物質(zhì)譜線差異大等現(xiàn)象，用傳統(tǒng)分類方法得到的結(jié)果常常有漏分及混分現(xiàn)象。由于各種物質(zhì)都有自己的特征吸收峰，它們不受到其它現(xiàn)象的干擾，因此通過(guò)波譜特征識(shí)別就可以大大減少混分和漏分現(xiàn)象。規(guī)則分類法可對(duì)某一分類規(guī)則得到的類型特征，按用戶定義的參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行類型重組，它可以實(shí)現(xiàn)不同類別不同標(biāo)準(zhǔn)的歸類方式，大大增加了分類的靈活性。在波譜庫(kù)的支持下進(jìn)行波譜角分類。SAM是根據(jù)圖像象元與參考光譜或感興趣區(qū)的相似性來(lái)確定一個(gè)象元的類別的，對(duì)N個(gè)波段的數(shù)據(jù)，則在N維空間中比較參考光譜矢量與每個(gè)象元矢量之間的夾角來(lái)確定一個(gè)像元的類別，角度越小說(shuō)明此像元與參考光譜越匹配。用SAM對(duì)上述感圖27.3波譜角概念示意圖興趣區(qū)分別進(jìn)行運(yùn)算，得到各自的SAM圖像和Rule圖像。用波段運(yùn)算把上述得到的各類圖像進(jìn)行分類后處理，可以得到了最后的分類圖?；旌舷笤怯捎谶b感時(shí)間空間分辨力有限造成的，有些宏觀遙感應(yīng)用項(xiàng)目由于監(jiān)測(cè)面積大、精度要求低，混合像元問題并不突出；但對(duì)于微觀遙感應(yīng)用項(xiàng)目，由于監(jiān)測(cè)地塊小、灰度變化范圍小等原因，就必須解決混合象元問題。為了解決混合象元問題，ENVI/IDL軟件提供了亞象元分解法和空域分辨增強(qiáng)法。亞象元分析法利用地物波譜組合等研究成果，對(duì)遙感數(shù)據(jù)每一個(gè)象元進(jìn)行波譜分離，從而計(jì)算出每個(gè)象元中某類地物的含量，達(dá)到解決混合象元問題的目的，圖27.4和圖27.5是亞象元法解決混合像元問題的示意圖。由于混合象元使接近一個(gè)象元或小于一個(gè)象元的地物邊界不清，傳統(tǒng)的分類方法很難識(shí)別此類地物，空域分辨增強(qiáng)法能增強(qiáng)小于或接近一個(gè)像元的地物，它利用空間域地物紋理特點(diǎn)和空間大核卷積算法，增強(qiáng)此類地物的識(shí)別能力。(5)強(qiáng)大的空間三維建模分析與虛擬GIS能力。利用ENVI可進(jìn)行空間建模分析和虛擬GIS分析，ENVI具有三維地形可視分析及動(dòng)畫飛行功能，能按用戶制定路徑飛行，并能將動(dòng)畫序列輸出為MPEG文件格式，便于用戶演示成果。如果影像及DEM均具有地理編碼，ENVI將自動(dòng)疊合它們的重疊區(qū)域，用戶即可快速便捷地瀏覽三維地形的飛行效果。圖像(6)獨(dú)有的大氣校正模塊。ENVI的最新擴(kuò)展模塊FLAASH專門對(duì)波譜數(shù)據(jù)進(jìn)行快速大氣校正分析。大氣校正的目的是消除大氣和光照等因素對(duì)地物反射的影響，獲得地物反射率和輻射率、地表溫度等真實(shí)物理模型參數(shù)，用來(lái)消除大氣中水蒸氣、氧氣、二氧化碳、甲烷和臭氧對(duì)地物反射的影響，消除大氣分子和氣溶膠散射的影響。FLAASH可以處理任何高光譜數(shù)據(jù)、衛(wèi)星數(shù)據(jù)和航空數(shù)據(jù)(860nm/1135nm)，這些數(shù)據(jù)是由HyMAP、AVIRIS、CASI、HYDICE、HYPERION(EO-1)AISA、HARP、DAIS、Probe-1、TRWIS-3、SINDRI、MIVIS、OrbView-4、NEMO等傳感器獲得的。FLAASH還可以校正垂直成像數(shù)據(jù)和側(cè)視成像數(shù)據(jù)。FLAASH是目前精度最高的大氣輻射校正模型，使用了MODTRAN4+輻射傳輸模型的代碼，基于像素級(jí)的校正，校正由于漫反射引起的連帶效應(yīng)，包含卷云和不透明云層的分類圖，可調(diào)整由于人為抑止而導(dǎo)致的波譜平滑。(7)全面的MODIS數(shù)據(jù)的支持。美國(guó)EOS／MODIS每天上午和下午采集36個(gè)波段的數(shù)據(jù)，其地表分辨率為250m～1000m，這些數(shù)據(jù)是可以免費(fèi)獲取的，因而成為我國(guó)地學(xué)研究和生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)不可多得的數(shù)據(jù)資源。EOS衛(wèi)星MODIS資料可廣泛用于氣象、環(huán)境、林業(yè)、漁業(yè)、港口、交通、自然災(zāi)害監(jiān)測(cè)等領(lǐng)域。ENVI是世界目前唯一能較全面支持MODIS的HDF科學(xué)數(shù)據(jù)格式的遙感影像軟件，可以直接讀取HDF格式，并能識(shí)別HDF格式中所包含的所有文件信息。ENVI打開HDF格式文件后，會(huì)自動(dòng)將該數(shù)據(jù)文件所包含的所有圖像信息、屬性信息、文本信息作為波段列于一個(gè)波段列表中，用戶可以清晰地瀏覽每一波段的詳細(xì)信息，包括波段名稱、圖像波段波長(zhǎng)、波段大小、數(shù)據(jù)類型及文件內(nèi)插方式等多種信息。ENVI/IDL還具有對(duì)MODIS數(shù)據(jù)進(jìn)行幾何糾正、定標(biāo)等的進(jìn)一步處理和分析的功能。(8)強(qiáng)大的二次開發(fā)能力。ENVI的底層開發(fā)平臺(tái)IDL是一個(gè)科學(xué)數(shù)據(jù)可視化的理想工具。美國(guó)RSI公司(ResearchSystemInc.)的交互式數(shù)據(jù)語(yǔ)言IDL是進(jìn)行二維及多維數(shù)據(jù)可視化表現(xiàn)和分析以及應(yīng)用開發(fā)的理想軟件工具。作為面向矩陣、語(yǔ)法簡(jiǎn)單的第四代可視化語(yǔ)言,IDL致力于科學(xué)數(shù)據(jù)的可視化和分析，是跨平臺(tái)應(yīng)用開發(fā)的最佳選擇。它集可視、交互分析、大型商業(yè)開發(fā)為一體，為用戶提供了完善、靈活、有效的開發(fā)環(huán)境。IDL的主要特性包括：高級(jí)圖像處理能力、交互式二維和三維圖形技術(shù)、面向?qū)ο蟮木幊谭绞?、OpenGL圖形加速、量化可視化表現(xiàn)、集成數(shù)學(xué)與統(tǒng)計(jì)學(xué)算法、靈活的數(shù)據(jù)輸入輸出方式、跨平臺(tái)圖形用戶界面工具包、連接ODBC兼容數(shù)據(jù)庫(kù)及多種程序連接工具等。IDL是完全面向矩陣的,因此具有快速分析超大規(guī)模數(shù)據(jù)的能力。IDL可以通過(guò)靈活方便的I/O分析任何數(shù)據(jù)，可以讀取或輸出任意有格式或無(wú)格式的數(shù)據(jù)類型，支持通用文本及圖像數(shù)據(jù)，支持在NASA、TPT、NOAA等機(jī)構(gòu)中大量使用的HDF、CDF及netCDF等科學(xué)數(shù)據(jù)格式，支持醫(yī)學(xué)掃描設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)格式DICOM格式，支持字符、字節(jié)、16位整型、長(zhǎng)整型、浮點(diǎn)、雙精度、復(fù)數(shù)等多種數(shù)據(jù)類型，用戶無(wú)需進(jìn)行過(guò)多的數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換就可以分析自己的科學(xué)數(shù)據(jù)。IDL可以處理海量數(shù)據(jù)，能夠處理大于2GB的數(shù)據(jù)文件。IDL采用OpenGL技術(shù)，支持OpenGL軟件或硬件加速，可加速交互式的二維及三維數(shù)據(jù)分析、圖像處理及可視化。除保留傳統(tǒng)的直接圖形法外，IDL還采用了先進(jìn)的面向?qū)ο蠹夹g(shù)；可以實(shí)現(xiàn)曲面的旋轉(zhuǎn)和飛行;用多光源進(jìn)行陰影或照明處理，可觀察實(shí)體(Volume)內(nèi)部復(fù)雜的細(xì)節(jié)。一旦創(chuàng)建了對(duì)象，便可從各個(gè)不同的視角對(duì)對(duì)象進(jìn)行可視分析，而不用費(fèi)時(shí)地反復(fù)重畫。面向?qū)ο蟮臋C(jī)制并不是IDL的全部，IDL的對(duì)象圖形法和傳統(tǒng)的直接圖形法是您深入瀏覽數(shù)據(jù)的兩大工具。IDL的直接圖形法已經(jīng)具有二十多年高效率應(yīng)用開發(fā)的基礎(chǔ)。IDL具有完善的圖像處理軟件包，例如感興趣區(qū)(ROI)分析及一整套圖像分析工具、地圖投影及轉(zhuǎn)換軟件包，使GIS的開發(fā)易如反掌。IDL具有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)分析能力，IDL帶有完善的數(shù)學(xué)分析和統(tǒng)計(jì)軟件包，提供強(qiáng)大的科學(xué)計(jì)算模型，可進(jìn)行曲線和曲面擬合分析、多維網(wǎng)格化和插值、線性和非線性系統(tǒng)等分析。集成的數(shù)學(xué)分析和統(tǒng)計(jì)軟件包可以快速分析處理數(shù)據(jù)，包括工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)學(xué)模型算法和內(nèi)部函數(shù)。函數(shù)庫(kù)經(jīng)過(guò)充分測(cè)試并被集成為一個(gè)整體，可進(jìn)行基本數(shù)學(xué)分析、信號(hào)處理及實(shí)驗(yàn)性開發(fā)。需要說(shuō)明的是，這些函數(shù)庫(kù)已包含在IDL中，用戶不需要再另外購(gòu)買其它的函數(shù)庫(kù)。用IDLDataMiner可快速訪問、查詢并管理與ODBC兼容的數(shù)據(jù)庫(kù)，支持Oracle,Informix,Sybase,MSSQL等數(shù)據(jù)庫(kù)?？梢詣?chuàng)建、刪除、查詢表格，執(zhí)行任意的SQL命令，得到/設(shè)置/查詢/增加/刪除記錄等操作。IDL可以通過(guò)ActiveX控件將您的IDL應(yīng)用開發(fā)集成到與COM兼容的環(huán)境中。從VisualBasi